CN112462497A - 光子集成干涉大视场成像系统 - Google Patents

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王鹍
刘欣悦
孟浩然
张怡
王越
杨晨
赵远航
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李铭扬
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Abstract

本发明涉及光子集成干涉成像领域，提出一种光子集成干涉大视场成像系统，采用光纤束阵列与微棱镜阵列相结合，用于将成像视场细分后再进行拼接，并且采用像面细分的方案，配合特定的算法，从而在原有的光子集成干涉成像视场基础上实现视场的延拓与拼接。本发明实现了光子集成干涉成像视场的延拓与拼接，相比于原有的成像视场提升三倍以上。

Description

光子集成干涉大视场成像系统
技术领域
本发明涉及光子集成干涉成像领域，具体涉及一种光子集成干涉大视场成像系统。
背景技术
传统光学干涉阵采用分立器件实现光束干涉合成，随着系统规模扩展光束干涉合成的难度和复杂性大大增加。采用的自由空间传输以及真空光学延迟器系统复杂且成本很高。随着集成光子学以及光刻技术的发展，光子集成干涉成像概念被提出，但是成像视场较小一直制约着光子集成干涉成像技术的发展，本专利着重解决光子集成干涉成像视场较小的问题，与传统的成像系统相比成像视场提高三倍以上。
发明内容
本发明为了解决光子集成干涉成像技术中心成像视场较小的问题，提供了一种实现光子集成干涉大视场成像的结构，结构中基于像面细分的视场拼接方法，利用透镜像面的单模光纤阵列进行视场拼接，通过获取干涉条纹的振幅和相位信息来恢复目标的图像信息。为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：
一种光子集成干涉大视场成像系统，其特征在于，包括：用于收集光束的子孔径透镜阵列、用于对子孔径透镜阵列的成像视场进行细分的微棱镜阵列、将细分后的视场进行拼接的光纤束阵列；
其中，微棱镜阵列与子孔径透镜阵列同轴，且位于子孔径透镜阵列像面焦点前方；微棱镜阵列与光纤束阵列同轴，将经过微棱镜阵列细分后的光束耦合到光纤束阵列中。
优选地，组成微棱镜阵列的微棱镜为凹面棱镜和凸面棱镜胶合形成的长方体棱镜，凸面棱镜的入射面为平面、出射面为凸面，凹面棱镜的入射面为凹面、出射面为平面；凸面和凹面在胶合时完全吻合。
优选地，凹面和凸面均由3×3个四边形镜面组成，共同将视场细分成3×3个细分视场。
优选地，在凸面上包括：位于中心位置处的第一正方形镜面、与第一正方形镜面相邻的四个第一长方形镜面、位于凸面上四个角落的四个第一菱形镜面，四个第一长方形镜面分别与第一正方形镜面呈15°角；
在凹面上包括：位于中心位置处的第二正方形镜面、与第二正方形镜面相邻的四个第二长方形镜面、位于凸面上四个角落的四个第二菱形镜面，四个第二长方形镜面分别与第二正方形镜面呈15°角。
优选地，光纤束阵列由3×3根光纤组成，每根光纤对应与3×3个细分视场的出射光束耦合，实现对细分视场的拼接。
优选地，包括用于固定光纤束阵列的光纤束阵列背板、用于耦合光纤束阵列的光纤束、PIC光束干涉合成芯片以及高分辨率接收器。
优选地，光纤束为九合一单模光纤束。
优选地，可以使用n个子孔径透镜阵列收集光束，对应用n个微棱镜阵列和n个光纤束阵列进行细分和拼接，其中n为大于1的整数。
优选地，光子集成干涉大视场成像系统在大口径单体望远镜成像系统中提升成像视场的应用。
本发明能够取得以下技术效果：
1、适合于恶劣环境下的测量：快速测量、对震动不敏感、减少气流对测试的影响。
2、适合于挑战性的测试：对于目标尺寸较大，对光强要求较低、真空与环境仓内的测试。
3、适合于其他光学系统的扩展：不仅仅局限于光子集成干涉成像系统，对于传统的大口径单体望远镜成像系统以及其他相关成像系统都可以实现成像视场的延拓与拼接，相比于原有的成像视场提升三倍以上。
附图说明
图1是本发明一个实施例的一种光子集成干涉大视场成像系统的光路图与结构示意图；
图2是本发明一个实施例的微棱镜阵列侧视图；
图3是本发明一个实施例的凸面棱镜示意图；
图4是本发明一个实施例的凹面棱镜示意图；
图5是本发明一个实施例的光纤束阵列结构俯视图。
其中的附图标记包括：
子孔径透镜阵列1、
微棱镜阵列2、凸面棱镜21、第一正方形镜面211、第一长方形镜面212、第一菱形镜面213、第二正方形镜面214、第二长方形镜面215、第二菱形镜面216、凹面棱镜22、
光纤束阵列3、光纤束阵列背板4、光纤束5、PIC光束干涉合成芯片6、高分辨率接收器7。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
下面将对本发明提供的一种光子集成干涉大视场成像系统，通过具体实施例来进行详细说明。
图1示出了本发明的一种光子集成干涉大视场成像系统的光路与结构，如图1，微棱镜阵列2位于子孔径透镜阵列1和光纤束阵列3中间，三者同轴，且微棱镜阵列2置于子孔径透镜阵列1像面焦点之前；微棱镜阵列2将经过子孔径透镜阵列1的光束形成的视场细分成3×3个细分视场，每个从细分视场对应的微棱镜阵列2的镜面出射后的光束，与光纤束阵列3中的对应光纤进行耦合，耦合后的光波导通过光纤束5传输进入PIC光束干涉合成芯片6进行相位延时与分波段复用，满足干涉条件后再经过光纤束5输出到高分辨率接收器7中，干涉后的光束基于稀疏成像算法再进行视场的无缝拼接，从而最终实现大视场无缝拼接和延拓。
在本发明的一个优选实施例中，将微棱镜阵列2置于像面焦点之前使得光束经过微棱镜阵列2后可以再次进行汇聚与细分；
在本发明的一个优选实施例中，微棱镜阵列2为凸面棱镜21和凹面棱镜22胶合形成的双胶合长方体棱镜，光束经凸面棱镜21的入射面入射。如图2所示，凸面棱镜21的凸面和凹面棱镜22的凹面均由3×3个四边形镜面组成。
如图3所示，凸面上包括：位于中心位置处的第一正方形镜面211、与第一正方形镜面211相邻的四个第一长方形镜面212、位于凸面上四个角落的四个第一菱形镜面213，四个第一长方形镜面212分别与第一正方形镜面211呈15°角；
如图4所示，凹面上包括：位于中心位置处的第二正方形镜面214、与第二正方形镜面214相邻的四个第二长方形镜面215、位于凸面上四个角落的四个第二菱形镜面216，四个第二长方形镜面215分别与第二正方形镜面214呈15°角。
通过两个带有微角度的凸面棱镜21和凹面棱镜22棱镜胶合形成的长方体微棱镜阵列2，可以将视场细分成3×3个细分视场，并使得各细分视场相互分离，且当目标信息是扩展目标的时候，基于棱镜阵列进行的视场延拓与拼接能够有效的避免光纤束通道之间的串绕。
图5示出了光纤束阵列3的结构，见图5，光纤束阵列3由3×3根单模光纤组成。
在本发明的一个优选实施例中，利用光纤束阵列3与微棱镜阵列2的耦合，实现光子信息的传输；同时，每根光纤的间距和数值孔径等参数与各细分视场在像面处的光斑大小，位置相匹配，用于对应的3×3个细分视场的出射光束耦合时，能够有效保证对成像视场的无缝拼接。
在本发明的另一个实施例中，采用9个Edmund Optics公司生产型号为49662、有效焦距为30mm的子孔径透镜组成子孔径透镜阵列1对激发波长范围在512nm-632nm之间可变波长的光束进行收集，微棱镜阵列2将视场细分为9个细分视场，将细分后的光束与光纤束阵列3中的9根单模光纤进行耦合，此时光纤束5为九合一的单模光纤，耦合后进入PIC光束合成芯片进行干涉，干涉后基于稀疏成像算法再对视场进行无缝拼接，由成像公式：
Figure BDA0002820098810000051
其中，N为光纤束阵列的光纤数；
D为微棱镜直径；λ为入射光波长，
可知，本发明相比于传统单光纤传输，其视场提高了3倍。
在本发明的另一个实施例中，对于传统的大口径单体望远镜成像系统以及其他相关成像系统都可以实现成像视场的延拓与拼接。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种光子集成干涉大视场成像系统，其特征在于，包括：用于收集光束的子孔径透镜阵列(1)、用于对所述子孔径透镜阵列(1)的成像视场进行细分的微棱镜阵列(2)、将细分后的视场进行拼接的光纤束阵列(3)；
其中，所述微棱镜阵列(2)与所述子孔径透镜阵列(1)同轴，且位于所述子孔径透镜阵列(1)像面焦点前方；所述微棱镜阵列(2)与所述光纤束阵列(3)同轴，将经过所述微棱镜阵列(2)细分后的光束耦合到所述光纤束阵列(3)中。
2.根据权利要求1所述的光子集成干涉大视场成像系统，其特征在于，组成所述微棱镜阵列(2)的微棱镜为凸面棱镜(21)和凹面棱镜(22)胶合形成的长方体棱镜，所述凸面棱镜(21)的入射面为平面、出射面为凸面，所述凹面棱镜(22)的入射面为凹面、出射面为平面；所述凸面和所述凹面在胶合时完全吻合。
3.根据权利要求2所述的光子集成干涉大视场成像系统，其特征在于，所述凹面和所述凸面均由3×3个四边形镜面组成，共同将视场细分成3×3个细分视场。
4.根据权利要求3所述的光子集成干涉大视场成像系统，其特征在于，在所述凸面上包括：位于中心位置处的第一正方形镜面(211)、与所述第一正方形镜面(211)相邻的四个第一长方形镜面(212)、位于所述凸面上四个角落的四个第一菱形镜面(213)，所述四个第一长方形镜面(212)分别与所述第一正方形镜面(211)呈15°角；
在所述凹面上包括：位于中心位置处的第二正方形镜面(214)、与所述第二正方形镜面(214)相邻的四个第二长方形镜面(215)、位于所述凸面上四个角落的四个第二菱形镜面(216)，所述四个第二长方形镜面(215)分别与所述第二正方形镜面(214)呈15°角。
5.根据权利要求1所述的光子集成干涉大视场成像系统，其特征在于，所述光纤束阵列(3)由3×3根光纤组成，每根光纤对应与所述3×3个细分视场的出射光束耦合，实现对细分视场的拼接。
6.根据权利要求1所述的光子集成干涉大视场成像系统，其特征在于，还包括用于固定所述光纤束阵列(3)的光纤束阵列背板(4)、用于耦合所述光纤束阵列(3)的光纤束(5)、PIC光束干涉合成芯片(6)以及高分辨率接收器(7)。
7.根据权利要求6所述的光子集成干涉大视场成像系统，其特征在于，所述光纤束(5)为九合一单模光纤束。
8.根据权利要求1所述的光子集成干涉大视场成像系统，其特征在于，可以使用n个子孔径透镜阵列(1)收集光束，对应用n个微棱镜阵列(2)和n个光纤束阵列(3)进行细分和拼接，其中n为大于1的整数。
9.根据权利要求1-6中任一项所述的光子集成干涉大视场成像系统，其特征在于，在大口径单体望远镜成像系统中提升成像视场的应用。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113433688A (zh) * 2021-01-29 2021-09-24 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种基于微透镜阵列与光子集成芯片干涉成像方法及系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2449258Y (zh) * 2000-11-08 2001-09-19 中国科学院光电技术研究所 一种干涉光刻多光束形成系统
CN1522384A (zh) * 2002-05-14 2004-08-18 ���ṫ˾ 照明光学系统、图像显示装置以及照明空间调节器的方法
CN103823267A (zh) * 2012-11-16 2014-05-28 罗克韦尔柯林斯公司 透明波导显示装置
CN105892048A (zh) * 2016-04-29 2016-08-24 西安电子科技大学 基于棱镜-光纤耦合的大视场成像装置
US20190293915A1 (en) * 2018-02-26 2019-09-26 Washington State University Modular scanning confocal optical profile microscopy with digital imaging processing
CN111025671A (zh) * 2019-12-23 2020-04-17 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种多功能超透镜阵列及光学系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2449258Y (zh) * 2000-11-08 2001-09-19 中国科学院光电技术研究所 一种干涉光刻多光束形成系统
CN1522384A (zh) * 2002-05-14 2004-08-18 ���ṫ˾ 照明光学系统、图像显示装置以及照明空间调节器的方法
CN103823267A (zh) * 2012-11-16 2014-05-28 罗克韦尔柯林斯公司 透明波导显示装置
CN105892048A (zh) * 2016-04-29 2016-08-24 西安电子科技大学 基于棱镜-光纤耦合的大视场成像装置
US20190293915A1 (en) * 2018-02-26 2019-09-26 Washington State University Modular scanning confocal optical profile microscopy with digital imaging processing
CN111025671A (zh) * 2019-12-23 2020-04-17 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种多功能超透镜阵列及光学系统

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113433688A (zh) * 2021-01-29 2021-09-24 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种基于微透镜阵列与光子集成芯片干涉成像方法及系统

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